JP3303939B2 - 中性線欠相検知回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、単相３線方式の交流
電路の中性線に欠相が発生した場合に，これを検知して
外部に保護信号を出力する中性線欠相検知回路装置の、
欠相の発生と同時にそれを検出できるよう改良された回
路構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】単相３線方式の交流電路の中性線に欠相
（以降、単３中性線欠相と略称することがある。）が発
生した場合にこれを検知して，遮断器に遮断動作を行わ
せる等の保護動作，あるいは警報動作を行わせるための
保護信号を出力する装置が必要である。こうした保護信
号を出力する装置として、中性線欠相検知回路装置がす
でに広く知られている。図５は、このような従来例の中
性線欠相検知回路装置の回路構成を、単相３線方式の交
流電路と共に示す回路図である。図６は、図５に示した
中性線欠相検知回路装置の各部の動作波形の一例を示す
線図で、それぞれ（ａ）は正常時における欠相検知手段
の電圧検出回路部の入力端子間電圧波形、（ｂ−１）は
中性線欠相発生時における欠相検知手段の電圧検出回路
部の入力端子間電圧波形、（ｂ−２）は同じくレベル弁
別部の出力する電圧波形、（ｂ−３）は同じく積分回路
の出力する電圧波形、（ｂ−４）は中性線欠相発生時に
おける比較回路部の出力する電圧信号波形である。

【０００３】図５において、１Ｂは、全波整流回路７Ａ
と、電源回路８と、欠相検知手段２Ｂと、欠相判別手段
４と、保護信号増幅手段６とを備える中性線欠相検知回
路装置である。全波整流回路７Ａは、例えば、互いにブ
リッジ接続されたダイオード７１ａ，ダイオード７１
ｂ，ダイオード７１ｃおよびダイオード７１ｄで構成さ
れ、単相３線方式の交流電路９の第一の外側線９１と，
第二の外側線９２からの交流電圧を入力して，全波整流
を行う公知のフルブリッジ形の全波整流回路である。電
源回路８は、全波整流回路７Ａの出力するリプルを多く
含んだ直流を入力して、平滑化と電圧の安定化を行う公
知の直流電源回路である。

【０００４】欠相検知手段２Ｂは、半波整流回路部２６
と、電圧検出回路部２７と、電圧比較回路部２１Ｂと、
積分回路部２８とを備えている。半波整流回路部２６
は、例えばダイオードで構成されており、ダイオードで
構成されているとして説明すると、そのアノードに交流
電路９の中性線９３からの交流電圧を入力し、そのカソ
ードから電圧検出回路部２７の一方の入力端子に向けて
出力する。電圧検出回路部２７は、２個の入力端子と，
１個の出力端子とを備え、一方の入力端子には半波整流
回路部２６からの出力を入力し、他方の入力端子は全波
整流回路７Ａのマイナス極に接続され、両入力端子に入
力される入力電圧の差電圧に比例する電圧２７ａを、出
力端子から電圧比較回路部２１Ｂに向けて出力する電子
回路である。なお、電圧検出回路部２７では、その内部
で両入力端子の間が図中で点線により示した抵抗器によ
り接続されている。電圧比較回路部２１Ｂは、正常時に
おける電圧２７ａの波高値よりも高い値に設定されてい
る比較基準電圧；Ｖs₂₁ を発生する回路を内蔵してお
り、入力された電圧２７ａの比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）を
越える分を、信号電圧２１ｂとして積分回路部２８に向
けて出力する電子回路である。積分回路部２８は、例え
ばコンデンサを主体とした電子回路であり、信号電圧２
１ｂを積分してその結果を信号電圧２ｂとして欠相判別
手段４に向けて出力する。

【０００５】欠相判別手段４は、基準電圧発生回路部４
１と、電圧比較回路部４２とを備えている。基準電圧発
生回路部４１は、電源回路８の出力の間に互いに直列に
接続された抵抗器４１ａ，４１ｂとで構成され、抵抗器
４１ａと抵抗器４１ｂとの接続点の電圧；Ｖs₄₁ を、電
圧比較回路部４２の一方の入力端子であるその反転入力
端子に向けて出力する。電圧比較回路部４２は、例えば
演算増幅器であり、他方の入力端子であるその非反転入
力端子に信号電圧２ｂを入力し、その値が反転入力端子
に入力されている基準電圧（Ｖs₄₁ ）を越えるとハイレ
ベル（以降、「Ｈ」と略称することがある。）となり、
信号電圧２ｂの値が基準電圧（Ｖs₄₁ ）を下回るとロー
レベル（以降、「Ｌ」と略称することがある。）となる
２値の電圧信号４ｂを出力する。

【０００６】保護信号増幅手段６は、中性線欠相検知回
路装置１Ｂからの保護信号を受け取って保護動作あるい
は警報動作を行う図示しない保護装置等に所定の動作を
行わせるのに際し、２値の電圧信号４ｂの持つ電圧値，
電力値のままでは装置に動作を行わせるのに不十分であ
る場合に設置されて、電圧信号４ｂに対して，電圧増幅
あるいは電力増幅が施された保護信号６ａを出力する公
知の増幅機能を備える電子回路である。保護信号増幅手
段６が設置される場合は、その出力６ａが、中性線欠相
検知回路装置１Ｂの出力する保護信号となる。

【０００７】上記した構成を持つ従来例の中性線欠相検
知回路装置１Ｂの動作について、図６も参照して以下で
説明する。説明の順序として、まず、交流電路９の中性
線９３に欠相が発生していない正常時における動作につ
いて説明する。交流電路９においては、図示しない単相
３線方式の交流電源から、外側線９１と中性線９３の間
に接続された単相交流負荷９４Ａと、外側線９２と中性
線９３の間に接続された単相交流負荷９４Ｂとのそれぞ
れに、単相交流電気が供給されている。ところで、単相
交流負荷９４Ａと，単相交流負荷９４Ｂのそれぞれのイ
ンピーダンスの値が、同一値になることは有りえないの
であるが、単相３線方式の交流電源から交流電気が供給
されていることにより、外側線９１と中性線９３との間
の電圧；ｖ₁ の値と、中性線９３と外側線９２との間の
電圧；ｖ₂ の値とは、ほとんど一致している。そのた
め、中性線欠相検知回路装置１Ｂでは、中性線９３の電
位が外側線９２の電位よりも高い半周期においては、中
性線９３→半波整流回路部２６→電圧検出回路部２７の
一方の入力端子→電圧検出回路部２７の他方の入力端子
→ダイオード７１ｂ→外側線９２の経路により、電圧検
出回路部２７の両入力端子間に，単相交流負荷９４Ｂに
加えられている交流電圧（ｖ₂ ）が印加され、その電圧
に比例する電圧２７ａが電圧検出回路部２７から出力さ
れる。また、中性線９３の電位が外側線９１の電位より
も高い半周期においては、中性線９３→半波整流回路部
２６→電圧検出回路部２７の一方の入力端子→電圧検出
回路部２７の他方の入力端子→ダイオード７１ａ→外側
線９１の経路により、電圧検出回路部２７の両入力端子
間に，単相交流負荷９４Ａに加えられている交流電圧
（ｖ ₁ ）が印加され、その電圧に比例する電圧２７ａが
電圧検出回路部２７から出力される。（図６ａを参照）
電圧比較回路部２１Ｂの持つ比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）の
値は、正常時における電圧２７ａの波高値よりも高く設
定されているために、この場合には、電圧比較回路部２
１Ｂからの出力２１ｂは零である。したがって、信号電
圧２ｂも零であり、パルス信号４ｂ，保護信号６ａは共
に「Ｌ」である。この「Ｌ」である保護信号６ａは、中
性線９３に欠相が発生していないことを意味する信号で
ある。

【０００８】ところが、時刻；ｔ。において単３中性線
欠相が発生すると、単相交流負荷９４Ａと，単相交流負
荷９４Ｂのそれぞれのインピーダンスの値が、同一値で
ないために、電圧（ｖ₁ ）の値と、電圧（ｖ₂ ）の値と
は、単相交流負荷９４Ａと，単相交流負荷９４Ｂのそれ
ぞれのインピーダンスの値に従う比率で按分されること
となる。したがって、電圧（ｖ₁ ）の値と、電圧
（ｖ₂ ）の値とは同一ではなくなり、いずれか一方の値
が他方よりも大きくなる。電圧検出回路部２７の両入力
端子間には、この電圧（ｖ₁ ）と電圧（ｖ₂ ）が交互の
半周期毎に印加されることとなる。（図６ｂ−1 は、電
圧（ｖ₁ ）の方が高くなった事例の場合を示してい
る。）電圧検出回路部２７から出力される電圧２７ａ
（この事例では、入力端子間電圧の値と電圧２７ａの値
とは同一である。）は、電圧比較回路部２１Ｂにおい
て、比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）と比較されるが、電圧（ｖ
₁ ）に対応する部分の波高値が比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）
よりも高いので、比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）を越える分
が、信号電圧２１ｂとして積分回路部２８に向けて出力
される（図６ｂ−2 を参照）。信号電圧２１ｂを入力し
た積分回路部２８は、図６ｂ−3 に示したごとく、時間
の経過に従いしだいにその電圧の値が高められる電圧
を、信号電圧２ｂとして出力する。

【０００９】時刻（ｔ。）から時間；ｔ_a が経過した時
刻；ｔ₁ において、電圧比較回路部４２に入力される信
号電圧２ｂの値が基準電圧（Ｖs₄₁ ）の値を越えるの
で、電圧比較回路部４２は、時刻（ｔ₁ ）から電圧信号
４ｂを「Ｌ」から「Ｈ」に切替えて出力する（図６ｂ−
4 を参照）。この「Ｈ」となった電圧信号４ｂを入力し
た保護信号増幅手段６からは、「Ｈ」に切替えられた保
護信号６ａが保護装置等に向けて出力され、所定の保護
動作あるいは警報動作が行われるのである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来例の中性
線欠相検知回路装置においては、比較的に簡単な回路構
成により、単３中性線欠相が発生した場合にこれを検知
して，遮断器等に所定の保護動作を行わせることが可能
であるが、この従来例の中性線欠相検知回路装置には、
次記する新しい問題が発生している。

【００１１】図７には、図６において例示した場合より
も、単相交流負荷９４Ａと，単相交流負荷９４Ｂとのイ
ンピーダンスの値が大きく相違する事例の場合の図５に
示した中性線欠相検知回路装置の各部の動作波形の一例
を示した。この単相交流負荷９４Ｂとのインピーダンス
の値が大きく相違する事例の場合には、電圧（ｖ₁ ）の
値と、電圧（ｖ₂ ）の値は、単相交流負荷９４Ａと，単
相交流負荷９４Ｂのそれぞれのインピーダンスの値に従
う比率で按分されるものであるために、電圧（ｖ₁ ）の
方が高くなる事例の場合であるとして、電圧（ｖ₁ ）の
値が図６に示した場合よりも高く、かつ、電圧（ｖ₂ ）
の値が図６に示した場合よりも低くなる。この一層アン
バランスになった電圧（ｖ₁ ）と電圧（ｖ₂ ）とが交互
の半周期に電圧検出回路部２７の両入力端子間に印加さ
れる（図７ａ参照）。

【００１２】この場合には、電圧検出回路部２７から出
力される電圧２７ａの、電圧（ｖ₁）に対応する部分の
波高値が図６中に示した場合よりも高いので、比較基準
電圧（Ｖs₂₁ ）を越える分である信号電圧２１ｂの値
も、図６中に示した場合よりも高くなる（図７ｂ参
照）。このために、積分回路部２８において、信号電圧
２ｂの電圧値の上昇率は図６中に示した場合よりも増大
される（図７ｃ参照）。したがって、信号電圧２ｂの値
が基準電圧（Ｖs₄₁ ）の値を越えるのに要する時間；ｔ
_b は、図６中に示した時間（ｔ_a ）よりも短時間となる
（図７ｄ参照）。

【００１３】すなわち、中性線欠相検知回路装置１Ｂに
おいては、中性線に欠相が発生してから「Ｈ」の保護信
号６ａが出力されるまでの時間は、単相交流負荷９４Ａ
と，単相交流負荷９４Ｂとのインピーダンスの値の差異
により変動するのである。あるいは、単相交流負荷９４
Ａと，単相交流負荷９４Ｂとのインピーダンスの値の差
が小さくなると、中性線に欠相が発生してから「Ｈ」の
保護信号６ａが出力されるまでの時間が長くなる、と言
うこともできる。

【００１４】ところが平成４年に、日本工業規格が改正
されて、単３中性線欠相保護機能付きの漏電遮断器の過
電圧引き外しにおける過電圧動作時間の規定が新たに定
められて、１〔ｓ〕以内に動作を要することになった。
前記した動作特性を持つ従来例の中性線欠相検知回路装
置１Ｂでは、この改定された規格値に合格することがで
きなくなっている。

【００１５】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、単相交流負荷９４
Ａと，単相交流負荷９４Ｂとのインピーダンスの値の差
の大小にかかわらず、単３中性線欠相の発生後直ちに単
３中性線欠相の発生を検知することが可能な中性線欠相
検知回路装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）一対の外側線と中性線とを有する単相３線方式の交
流電路に中性線欠相が発生した場合に，これを検知して
信号を出力する装置であって、欠相検知手段と、欠相判
別手段とを備え、欠相検知手段は，単相３線方式の交流
電路の電圧を入力して，一方の外側線と中性線の間の電
圧に比例する電圧，および他方の外側線と中性線の間の
電圧に比例する電圧のそれぞれの半波を交互に出力させ
たうえで，この電圧を用いて中性線欠相の有無に対応す
る信号を生成して欠相判別手段に向けて出力するもので
あり、欠相判別手段は，欠相検知手段の出力する信号を
入力し，この信号を基にして，中性線欠相の有無に対応
させた２値の電圧信号を出力するものである、中性線欠
相検知回路装置において、欠相検知手段は、電圧比較回
路部と、パルス発生回路部とを備え、電圧比較回路部
は、一方の外側線と中性線の間の電圧に比例する電圧お
よび他方の外側線と中性線の間の電圧に比例する電圧の
半波が交互に出力される電圧を用いて，この電圧を中性
線欠相が発生していない場合における前記電圧の波高値
よりもやや低い値を持つ基準電圧値と比較して，基準電
圧値を越えた部分に比例した電圧を出力するものであ
り、パルス発生回路部は、電圧比較回路部が出力する電
圧を入力する毎に一定導通幅を有するパルス信号を出力
するものであり、欠相判別手段は、欠相検知手段の出力
するパルス信号のパルス周期が，単相３線方式の交流電
路から供給される交流電圧の周波数に従う周期にほぼ等
しい場合と，前記の交流電圧の周波数に従う周期のほぼ
１／２である場合とにより，そのレベルが異なる２値の
電圧信号を出力するものである回路構成とすること、ま
た２）一対の外側線と中性線とを有する単相３線方式の
交流電路に中性線欠相が発生した場合に，これを検知し
て信号を出力する装置であって、欠相検知手段と、欠相
判別手段とを備え、欠相検知手段は，単相３線方式交流
電路の電圧を入力して中性線欠相の有無に対応する信号
を欠相判別手段に向けて出力するものであり、欠相判別
手段は，欠相検知手段の出力する信号を入力し，中性線
欠相の有無に対応した２値の電圧信号を出力するもので
ある、中性線欠相検知回路装置において、欠相検知手段
は、位相回路部と、差動増幅回路部とを備え、位相回路
部は、単相３線方式の交流電路の一方の外側線の電圧を
入力して，その位相を反転させた電圧を出力するもので
あり、差動増幅回路部は、位相回路部の出力する電圧を
第一の入力端子に入力し，単相３線方式の交流電路の中
性線の電圧を第二の入力端子に入力し，単相３線方式の
交流電路の他方の外側線の電圧を第三の入力端子に入力
し，第二の入力端子と第一の入力端子との間の電圧と，
第二の入力端子と第三の入力端子との間の電圧との差電
圧の絶対値に比例する電圧を出力するものであり、欠相
判別手段は、基準電圧発生回路部と、電圧比較回路部と
を備え、基準電圧発生回路部は、比較の基準となる基準
電圧を発生して出力するものであり、電圧比較回路部
は、基準電圧発生回路部からの基準電圧を一方の入力端
子に入力し，欠相検知手段の出力する電圧を他方の入力
端子に入力し，他方の入力端子に基準電圧を越える電圧
が入力されている期間だけハイレベルとなり，その他の
期間はローレベルとなる２値の電圧信号を出力するもの
である回路構成とすること、により達成される。

【００１７】

【作用】この発明においては、 中性線欠相検知回路装置において、欠相検知手段は、
電圧比較回路部と、パルス発生回路部とを備え、電圧比
較回路部は、一方の外側線と中性線の間の電圧に比例す
る電圧および他方の外側線と中性線の間の電圧に比例す
る電圧の半波が交互に出力される電圧を用いて，この電
圧を中性線欠相が発生していない場合における前記電圧
の波高値よりもやや低い値を持つ基準電圧値と比較し
て，基準電圧値を越えた部分に比例した電圧を出力する
ものであり、パルス発生回路部は、電圧比較回路部が出
力する電圧を入力する毎に一定導通幅を有するパルス信
号を出力するものであり、欠相判別手段は、欠相検知手
段の出力するパルス信号のパルス周期が，単相３線方式
の交流電路から供給される交流電圧の周波数に従う周期
にほぼ等しい場合と，前記の交流電圧の周波数に従う周
期のほぼ１／２である場合とにより，そのレベルが異な
る２値の電圧信号を出力するものである回路構成とする
ことにより、まず電圧比較回路部により、単３中性線欠
相が発生していない場合には、交流電気の周波数に従う
周期の１／２の周期を持ち，しかも頭部だけが残された
脈動電圧が得られ、また、単３中性線欠相が発生した場
合には、交流電気の周波数に従う周期と同一の周期を持
ち、しかも頭部だけが残された脈動電圧が直ちに得られ
る。

【００１８】次にパルス発生回路部により、単３中性線
欠相が発生していない場合には、一定導通幅を有するパ
ルス信号が、交流電気の周波数に従う周期の１／２の周
期により得られ、また、単３中性線欠相が発生した場合
には、一定導通幅と一定波高値を有するパルス信号が、
交流電気の周波数に従う周期と同一の周期により得ら
る。

【００１９】このパルス発生回路部からの上記のパルス
信号が，欠相判別手段に入力されることにより、前記の
機能を備える欠相判別手段からは、単３中性線欠相の有
無に対応してレベルが異なる２値の電圧信号が出力され
る。この電圧信号のレベルの変更は、積分要素が使用さ
れていないことにより、単３中性線欠相が発生，あるい
はその解消に伴い直ちに行われる。

【００２０】これにより、一方の外側線と中性線の間に
接続される単相交流負荷と，他方の外側線と中性線の間
に接続される単相交流負荷とのインピーダンスの値の差
の大小にかかわらず、単３中性線欠相の発生後直ちに単
３中性線欠相の発生を検知することが可能となる。中
性線欠相検知回路装置において、欠相検知手段は、位相
回路部と、差動増幅回路部とを備え、位相回路部は、単
相３線方式の交流電路の一方の外側線の電圧を入力し
て，その位相を反転させた電圧を出力するものであり、
差動増幅回路部は、位相回路部の出力する電圧を第一の
入力端子に入力し，単相３線方式の交流電路の中性線の
電圧を第二の入力端子に入力し，単相３線方式の交流電
路の他方の外側線の電圧を第三の入力端子に入力し，第
二の入力端子と第一の入力端子との間の電圧と，第二の
入力端子と第三の入力端子との間の電圧との差電圧の絶
対値に比例する電圧を出力するものであり、欠相判別手
段は、基準電圧発生回路部と、電圧比較回路部とを備
え、基準電圧発生回路部は、比較の基準となる基準電圧
を発生して出力するものであり、電圧比較回路部は、基
準電圧発生回路部からの基準電圧を一方の入力端子に入
力し，欠相検知手段の出力する電圧を他方の入力端子に
入力し，他方の入力端子に基準電圧を越える電圧が入力
されている期間だけハイレベルとなり，その他の期間は
ローレベルとなる２値の電圧信号を出力するものである
回路構成とすることにより、まず差動増幅回路部から出
力される電圧は、単３中性線欠相が発生していない場合
には、一方の外側線と中性線の間の電圧と，他方の外側
線と中性線の間の電圧とがほぼ同一の波形であるので、
位相回路部で一方の外側線の電圧が反転されることによ
り、他方の外側線の電圧とほぼ一致することになるため
に、零かあるいは零に極めて近い値となる。また、単３
中性線欠相が発生した場合には、一方の外側線と中性線
の間の電圧と，他方の外側線と中性線の間の電圧とが異
なったものになるので、その差電圧に比例した値とな
る。

【００２１】この差動増幅回路部から出力された電圧
が、欠相判別手段に入力されることにより、単３中性線
欠相が発生すると、欠相判別手段から単相３線方式の交
流電路の供給する交流電気の周波数に従う周期の１／２
の周期で、２値の電圧信号が出力される。この電圧信号
の出力は、積分要素が使用されていないことにより、単
３中性線欠相の発生に伴い直ちに行われる。

【００２２】これにより、一方の外側線と中性線の間に
接続される単相交流負荷と，他方の外側線と中性線の間
に接続される単相交流負荷とのインピーダンスの値の差
の大小にかかわらず、単３中性線欠相の発生後直ちに単
３中性線欠相の発生を検知することが可能となる。

【００２３】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１；図１は、請求項１に対応するこの発明の一実
施例による中性線欠相検知回路装置の回路構成を、単相
３線方式の交流電路と共に示す回路図である。図２は、
図１に示した中性線欠相検知回路装置の各部の動作波形
の一例を示す線図で、それぞれ（ａ−１）は正常時にお
ける欠相検知手段の電圧検出回路部の入力端子間電圧波
形、（ａ−２）は同じく欠相検知手段のパルス発生回路
部が出力するパルス信号波形、（ｂ−１）は中性線欠相
発生時における欠相検知手段の電圧検出回路部の入力端
子間電圧波形、（ｂ−２）は同じく欠相検知手段のパル
ス発生回路部が出力するパルス信号波形、（ｂ−３）は
同じく欠相判別手段が出力する２値の電圧信号波形、
（ｂ−４）は同じく判定回路が出力する２値の電圧信号
波形である。図１において、図５に示した従来例による
中性線欠相検知回路装置と同一部分には同じ符号を付
し、その説明を省略する。なお、図１中には、図５で付
した符号については、代表的な符号のみを記した。

【００２４】図１において、１は、図５に示した従来例
による中性線欠相検知回路装置１Ｂに対して、欠相検知
手段２Ｂに替えて欠相検知手段２を、欠相判別手段４に
替えて欠相判別手段３をそれぞれ用い、しかも欠相判別
手段３の出力と保護信号増幅手段６の入力との間に判定
回路５を配置するようにした中性線欠相検知回路装置で
ある。欠相検知手段２は、図５に示した従来例による欠
相検知手段２Ｂに対して、電圧比較回路部２１Ｂに替え
て電圧比較回路部２１を、積分回路部２８に替えてパル
ス発生回路部２２をそれぞれ用いるようにしたものであ
る。

【００２５】電圧比較回路部２１は、図５に示した従来
例による電圧比較回路部２１Ｂに対して、比較基準電圧
を発生する回路として、正常時における電圧２７ａの波
高値よりもやや低い値に設定されている比較基準電圧；
Ｖs₂₁ を発生する回路を内蔵するようにした点が異なっ
ている。電圧比較回路部２１は、入力された電圧２７ａ
の比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）を越える分を、信号電圧２１
ａとしてパルス発生回路部２２に向けて出力する。パル
ス発生回路部２２は、電圧比較回路部２１が出力する信
号電圧２１ａを入力する毎に、一定の導通幅；ΔＴ
_2aと，一定の波高値；Ｖ_2aとを有するパルス信号２ａを
出力するものである。なお、パルス信号２ａの各パルス
の周期は、交流電路９に単３中性線欠相が発生していな
い場合には、交流電路９の交流電圧（ｖ₁ ，ｖ₂ ）の周
波数の半周期に等しい周期；ΔＴ_f であり、交流電路９
に単３中性線欠相が発生した場合には、前述したところ
により、電圧（ｖ₁ ）もしくは電圧（ｖ₂ ）のいずれか
の値が小さくなり、比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）の値を下回
ることになるため、パルス信号２ａの各パルスの周期
は、２・ ΔＴ_f となるものである。

【００２６】欠相判別手段３は、欠相検知手段２から入
力されるパルス信号２ａのパルス周期が、周期（Δ
Ｔ_f ）である場合には「Ｌ」であり、パルス信号２ａの
パルス周期が、周期（２・ΔＴ_f ）である場合には
「Ｈ」となる２値の電圧信号３ａを出力する電子回路で
ある。判定回路５は、欠相判別手段３から入力される電
圧信号３ａを入力して、２値の電圧信号３ａが「Ｌ」で
ある場合には，電圧信号３ａと同一の「Ｌ」であり、電
圧信号３ａが「Ｌ」から「Ｈ」に変わった場合には、
「Ｈ」が継続時間；ΔＴ₅ の間継続したことを判定し、
電圧信号３ａのレベルと同一の「Ｈ」となる、２値の電
圧信号５ａを出力する電子回路である。なお、判定回路
５において、時間間隔（ΔＴ₅ ）は、適切な時間間隔長
に設定されるものとする。さらに、保護装置等に所定の
動作を行わせるのに際し、電圧信号５ａの持つ電圧値，
電力値のままでは装置に動作を行わせるのに不十分であ
る場合には、従来例の中性線欠相検知回路装置１Ｂの場
合と同様に、電圧信号５ａは保護信号増幅手段６に向け
て出力される。

【００２７】上記した構成を持つこの発明による中性線
欠相検知回路装置１の動作について、図２も参照して以
下で説明する。まず、交流電路９の中性線９３に欠相が
発生していない正常時における動作について説明する。
この場合に電圧検出回路部２７から出力される電圧２７
ａは、中性線欠相検知回路装置１Ｂの場合と同じであ
る。この電圧２７ａを入力した電圧比較回路部２１で
は、正常時における電圧２７ａの波高値よりもやや低い
値に設定されている比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）と比較し
て、入力された電圧２７ａの比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）を
越える分を信号電圧２１ａとして出力するので、信号電
圧２１ａの周期はΔＴ_f である。（図２ａ−1を参照） この信号電圧２１ａがパルス発生回路部２２に入力され
るので、パルス信号２ａの各パルスの周期もΔＴ_f であ
り（図２ａ−2 を参照）、したがって、欠相判別手段３
が出力する２値の電圧信号３ａは「Ｌ」である。この
「Ｌ」である電圧信号３ａを入力した判定回路５は、
「Ｌ」である２値の電圧信号５ａを出力する。

【００２８】ところが、時刻；ｔ。において単３中性線
欠相が発生すると（図２ｂ−1 中には、電圧（ｖ₂ ）の
第２番目の半波で単３中性線欠相が発生したとして示し
た。）、前述したとおり、電圧（ｖ₁ ）の値と、電圧
（ｖ₂ ）の値とは同一ではなくなり、いずれか一方の値
が他方よりも大きくなる。電圧検出回路部２７の両入力
端子間には、この電圧（ｖ₁ ）と電圧（ｖ₂ ）が交互の
半周期毎に印加される。（図２ｂ−1 は、電圧（ｖ₂ ）
の方が高くなった事例の場合を示している。）この電圧
に比例する電圧２７ａ（この事例では、入力端子間電圧
の値と電圧２７ａの値とは同一である。）を入力する電
圧比較回路部２１では、比較基準電圧（Ｖs₂₁ ）と比較
されるが、電圧（ｖ₁ ）に対応する部分の波高値が比較
基準電圧（Ｖs₂₁ ）よりも低いので、電圧（ｖ₁ ）に対
応する部分においては信号電圧２１ａは発生されない。
したがって、時刻（ｔ。）以降では、信号電圧２１ａの
周期は２・ΔＴ_f となる。

【００２９】この信号電圧２１ａがパルス発生回路部２
２に入力されるので、パルス信号２ａの各パルスの周期
も２・ΔＴ_f に変更される（図２ｂ−2 を参照）。パル
ス信号２ａの周期が２・ΔＴ_f に変更されると、ΔＴ_f
を越えた時間が経過しても次のパルス信号２ａが到着し
ないことで，パルスの周期が変化したことを欠相判別手
段３は判別し、欠相判別手段３は、時刻；ｔ₃ において
２値の電圧信号３ａを「Ｌ」から「Ｈ」に変えて出力す
る（図２ｂ−3 を参照）。この「Ｈ」である電圧信号３
ａを入力した判定回路５は、時間間隔（ΔＴ₅ ）が経過
した時刻；ｔ₄において、電圧信号５ａを「Ｌ」から
「Ｈ」に変えて出力する（図２ｂ−4 を参照）。

【００３０】これにより、欠相判別手段３においては、
電圧信号３ａの「Ｌ」から「Ｈ」への変更は、単相交流
負荷９４Ａと，単相交流負荷９４Ｂとのインピーダンス
の値の差の大小にかかわらず、単３中性線欠相の発生
後，電圧（ｖ₁ ，ｖ₂ ）の持つ周波数の１サイクル程度
という極めて短時間の内に行われる。また、時間間隔
（ΔＴ₅ ）は、適切な時間間隔に設定できるものである
から、時間間隔（ΔＴ₅ ）を例えば０．９〔ｓ〕に選定
することにより、中性線欠相検知回路装置１は、単３中
性線欠相が発生後，１〔ｓ〕以内に「Ｈ」である保護信
号６を出力することが可能となる。なおまた、単３中性
線欠相が解消されれば、欠相判別手段３において、電圧
信号３ａの「Ｈ」から「Ｌ」への変更は、単３中性線欠
相の解消後，電圧（ｖ₁ ，ｖ₂ ）の持つ周波数の１サイ
クル程度以内という極めて短時間の内に行われる。

【００３１】実施例１における今までの説明では、欠相
検知手段２の備える電圧検出回路部２７は、その一方の
入力端子に中性線９３からの交流電圧を半波整流回路部
２６を介して入力し、その他方の入力端子は全波整流回
路７Ａのマイナス極に接続されるとしてきたが、これに
限定されるものではない。例えば、第一の外側線９１か
らの交流電圧は、半波整流回路部２６のごとき第一の半
波整流回路に入力し、また第二の外側線９２からの交流
電圧を、半波整流回路部２６のごとき第二の半波整流回
路に入力し、両半波整流回路の出力を並列接続したうえ
で電圧検出回路部２７の一方の入力端子に接続し、電圧
検出回路部２７の他方の入力端子には中性線９３を接続
するものであってもよいものである。この場合には、電
圧検出回路部２７の両入力端子の間は、必ずしも抵抗器
により接続されているものである必要は無い。

【００３２】実施例２；図３は、請求項２に対応するこ
の発明の一実施例による中性線欠相検知回路装置の回路
構成を、単相３線方式の交流電路と共に示す回路図であ
る。図４は、図３に示した中性線欠相検知回路装置の各
部の動作波形の一例を示す線図で、それぞれ（ａ）は正
常時における欠相検知手段の入力端子間電圧波形、（ｂ
−１）は中性線欠相発生時における欠相検知手段の入力
端子間電圧波形、（ｂ−２）は同じく欠相検知手段が出
力する電圧波形、（ｂ−３）は同じく欠相判別手段が備
える比較回路部に入力される電圧波形、（ｂ−４）は同
じく欠相判別手段が出力する電圧信号波形、（ｂ−５）
は同じく判定回路が出力する２値の電圧信号波形であ
る。図３において、図５に示した従来例による中性線欠
相検知回路装置と同一部分には同じ符号を付し、その説
明を省略する。なお、図３中には、図５で付した符号に
ついては、代表的な符号のみを記した。

【００３３】図３において、１Ａは、図５に示した従来
例による中性線欠相検知回路装置１Ｂに対して、全波整
流回路７Ａに替えて整流回路７を、欠相検知手段２Ｂに
替えて欠相検知手段２Ａをそれぞれ用い、しかも欠相判
別手段４の出力と保護信号増幅手段６の入力との間に判
定回路５Ａを配置するようにした中性線欠相検知回路装
置である。整流回路７は、整流回路７Ａと同様に、例え
ば、互いにブリッジ接続された４個のダイオードで構成
され、単相３線方式の交流電路９の第一の外側線９１
と，第二の外側線９２からの交流電圧を入力して，全波
整流を行う公知のフルブリッジ形の全波整流回路であ
る。

【００３４】欠相検知手段２Ａは、位相回路部２３と、
差動増幅回路部２４とを備えている。位相回路部２３
は、例えば第一の外側線９１の電圧（ｖ₁ ）を入力し
て，その位相を反転させた電圧（ｖ_1a）を出力する公知
の電子回路である。差動増幅回路部２４は、位相回路部
２３の出力する電圧（ｖ_1a）を第一の入力端子に入力
し、中性線９３の電圧を第二の入力端子に入力し、第二
の外側線９２の電圧（ｖ₂ ）を第三の入力端子に入力
し、第二の入力端子と第一の入力端子との間の電圧（ｖ
_1a）と，第二の入力端子と第三の入力端子との間の電圧
（ｖ₂ ）との差電圧の絶対値に比例する電圧；２４ａを
出力する電子回路である。

【００３５】この実施例の場合において欠相判別手段４
は、基準電圧発生回路部４１の生成する基準電圧（Ｖs
₄₁ ）の値を、正常時における電圧２４ａの波高値より
もやや高い値に設定しており、電圧比較回路部４２は、
非反転入力端子に電圧２４ａを入力し、その値が反転入
力端子に入力されている基準電圧（Ｖs₄₁ ）を越えると
「Ｈ」となり、電圧２４ａの値が基準電圧（Ｖs₄₁ ）を
下回ると「Ｌ」となる２値の電圧信号４ａを出力する。

【００３６】判定回路５Ａは、電圧信号４ａが「Ｌ」で
ある場合には，電圧信号４ａと同一の「Ｌ」であり、電
圧信号４ａが「Ｌ」と「Ｈ」とが交互に切り換わる２値
の電圧信号４ａに変わった場合には、その状態が継続時
間；ΔＴ_5aの間継続したことを判定し「Ｈ」となる、２
値の電圧信号５ｂを出力する電子回路である。なお、判
定回路５Ａにおいて、時間間隔（ΔＴ_5a）は、適切な時
間間隔長に設定されるものとする。さらに、保護装置等
に所定の動作を行わせるのに際し、電圧信号５ｂの持つ
電圧値，電力値のままでは装置に動作を行わせるのに不
十分である場合には、従来例の中性線欠相検知回路装置
１Ｂの場合と同様に、電圧信号５ｂは保護信号増幅手段
６に向けて出力される。

【００３７】上記した構成を持つこの発明による中性線
欠相検知回路装置１Ａの動作について、図４も参照して
以下で説明する。まず、交流電路９の中性線９３に欠相
が発生していない正常時における動作について説明す
る。この場合には、電圧（ｖ₁）と電圧（ｖ₂ ）は、図
４ａに示す関係に有るので、電圧（ｖ₁ ）を反転したも
のである電圧（ｖ_1a）（図４中には示さず）は、電圧
（ｖ₂ ）とほぼ一致したものとなる。したがって、電圧
２４ａの波高値はほぼ零となる。この電圧２４ａを入力
した電圧比較回路部４２は、正常時における電圧２４ａ
の波高値よりもやや高い値に設定されている基準電圧
（Ｖs₄₁ ）と比較し、入力された電圧２４ａがこれより
も低い値であるので、「Ｌ」である２値の電圧信号４ａ
を出力する。ところが、時刻；ｔ。において単３中性線
欠相が発生すると、前述したとおり、電圧（ｖ₁ ）の値
と、電圧（ｖ₂ ）の値とは同一ではなくなり、いずれか
一方の値が他方よりも大きくなる（図４ｂ−1 は、電圧
（ｖ₂ ）の方が高くなった事例の場合を示している）。
したがって、差動増幅回路部２４からは高い波高値の電
圧２４ａが出力される（図４ｂ−２を参照）。電圧比較
回路部４２においては、その非反転入力端子に入力され
た電圧２４ａを反転入力端子に入力されている基準電圧
（Ｖs₄₁ ）と比較することとなるので、両入力端子間に
は、電圧２４ａの基準電圧（Ｖs₄₁ ）を越える分が電
圧；ｖ₄₂として印加される（図４ｂ−３を参照）。電圧
比較回路部４２からは、零を越える値の電圧（ｖ₄₂）が
存在している期間は「Ｈ」となり、それ以外では「Ｌ」
となる２値の電圧信号４ａが、時刻（ｔ。）の直後であ
る時刻；ｔ₅ から出力される（図４ｂ−４を参照）。こ
の「Ｈ」と「Ｌ」が交互に繰り返される２値の電圧信号
４ａを入力した判定回路５Ａは、時刻（ｔ₅ ）から時間
間隔（ΔＴ_5a）が経過した時刻；ｔ₆ において、２値の
電圧信号５ｂを「Ｌ」から「Ｈ」に変えて出力する（図
２ｂ−5 を参照）。

【００３８】これにより、欠相判別手段４においては、
電圧信号４ａとして、「Ｈ」と「Ｌ」が交互に繰り返さ
れる２値の電圧信号が出力されるようになる条件は、単
相交流負荷９４Ａと，単相交流負荷９４Ｂとのインピー
ダンスの値の差の大小にかかわらず、単３中性線欠相の
発生後，電圧（ｖ₁ ，ｖ₂ ）の持つ周波数の半サイクル
以内という極めて短時間の内に行われる。また、時間間
隔（ΔＴ_5a）は、適切な時間間隔に設定できるものであ
るから、時間間隔（ΔＴ_5a）を例えば０．９〔ｓ〕に選
定することにより、中性線欠相検知回路装置１Ａは、単
３中性線欠相が発生後，１〔ｓ〕以内に「Ｈ」である保
護信号６を出力することが可能となる。

【００３９】なお、単３中性線欠相が解消されれば、欠
相判別手段４において、電圧信号４ａの「Ｌ」が連続す
る状態への変更は、単３中性線欠相の解消後直ちに行わ
れる。実施例２における今までの説明では、整流回路７
は、互いにブリッジ接続された４個のダイオードで構成
されたフルブリッジ形の全波整流回路であるとしてきた
が、これに限定されるものではない。例えば、２個のダ
イオードを用いて、それぞれのダイオードのアノード
は、第一の外側線９１と，第二の外側線９２に接続し、
両ダイオードのカソードは並列接続したうえで電源回路
８に供給するものであってもよいものである。この場合
には、両ダイオードのカソードと，中性線９３との間か
らの両入力端子の間からリプルを含む直流が、電源回路
８に与えられる。

【００４０】

【発明の効果】この発明においては、中性線欠相検知回
路装置を前述した構成として、単相３線式の交流負荷の
インピーダンスの値の差の大小にかかわらず、単３中性
線欠相の発生後直ちに、欠相判別手段から欠相が発生し
たことに対応する信号を出力することを可能としたこと
により、１〔ｓ〕以内の動作に対応できる保護信号を，
単相３線式の交流負荷のインピーダンスの値の差の大小
にかかわらず，出力することが可能になるとの効果が有
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応するこの発明の一実施例による
中性線欠相検知回路装置の回路構成を、単相３線方式の
交流電路と共に示す回路図

【図２】図１に示した中性線欠相検知回路装置の各部の
動作波形の一例を示す線図で、（ａ−１）は正常時にお
ける欠相検知手段の電圧検出回路部の入力端子間電圧波
形、（ａ−２）は同じく欠相検知手段のパルス発生回路
部が出力するパルス信号波形、（ｂ−１）は中性線欠相
発生時における欠相検知手段の電圧検出回路部の入力端
子間電圧波形、（ｂ−２）は同じく欠相検知手段のパル
ス発生回路部が出力するパルス信号波形、（ｂ−３）は
同じく欠相判別手段が出力する２値の電圧信号波形、
（ｂ−４）は同じく判定回路が出力する２値の電圧信号
波形

【図３】請求項２に対応するこの発明の一実施例による
中性線欠相検知回路装置の回路構成を、単相３線方式の
交流電路と共に示す回路図

【図４】図３に示した中性線欠相検知回路装置の各部の
動作波形の一例を示す線図で、（ａ）は正常時における
欠相検知手段の入力端子間電圧波形、（ｂ−１）は中性
線欠相発生時における欠相検知手段の入力端子間電圧波
形、（ｂ−２）は同じく欠相検知手段が出力する電圧波
形、（ｂ−３）は同じく欠相判別手段が備える比較回路
部に入力される電圧波形、（ｂ−４）は同じく欠相判別
手段が出力する電圧信号波形、（ｂ−５）は同じく判定
回路が出力する２値の電圧信号波形

【図５】従来例の中性線欠相検知回路装置の回路構成
を、単相３線方式の交流電路と共に示す回路図

【図６】図５に示した中性線欠相検知回路装置の各部の
動作波形の一例を示す線図で、（ａ）は正常時における
欠相検知手段の電圧検出回路部の入力端子間電圧波形、
（ｂ−１）は中性線欠相発生時における欠相検知手段の
電圧検出回路部の入力端子間電圧波形、（ｂ−２）は同
じくレベル弁別部の出力する電圧波形、（ｂ−３）は同
じく積分回路の出力する電圧波形、（ｂ−４）は中性線
欠相発生時における比較回路部の出力する電圧信号波形

【図７】図５に示した中性線欠相検知回路装置の、図６
において例示した場合よりも、単相交流負荷９４Ａと，
単相交流負荷９４Ｂとのインピーダンスの値が大きく相
違する事例の場合の、各部の動作波形の一例を示す線図
で、（ａ）は正常時における欠相検知手段の電圧検出回
路部の入力端子間電圧波形、（ｂ−１）は中性線欠相発
生時における欠相検知手段の電圧検出回路部の入力端子
間電圧波形、（ｂ−２）は同じくレベル弁別部の出力す
る電圧波形、（ｂ−３）は同じく積分回路の出力する電
圧波形、（ｂ−４）は中性線欠相発生時における比較回
路部の出力する電圧信号波形

【符号の説明】

１ 中性線欠相検知回路装置 １Ａ 中性線欠相検知回路装置 ２ 欠相検知手段 ２ａ パルス信号 ２Ａ 欠相検知手段 ２１ 電圧比較回路部 ２１ａ 信号電圧 ２２ パルス発生回路部 ２７ 電圧検出回路部 ３ 欠相判別手段 ３ａ 電圧信号 ４ 欠相判別手段 ５ 判定回路 ５ａ 電圧信号

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の外側線と中性線とを有する単相３線
   方式の交流電路に中性線欠相が発生した場合に，これを
   検知して信号を出力する装置であって、欠相検知手段
   と、欠相判別手段とを備え、欠相検知手段は，単相３線
   方式の交流電路の電圧を入力して，一方の外側線と中性
   線の間の電圧に比例する電圧，および他方の外側線と中
   性線の間の電圧に比例する電圧のそれぞれの半波を交互
   に出力させたうえで，この電圧を用いて中性線欠相の有
   無に対応する信号を生成して欠相判別手段に向けて出力
   するものであり、欠相判別手段は，欠相検知手段の出力
   する信号を入力し，この信号を基にして，中性線欠相の
   有無に対応させた２値の電圧信号を出力するものであ
   る、中性線欠相検知回路装置において、 欠相検知手段は、電圧比較回路部と、パルス発生回路部
   とを備え、電圧比較回路部は、一方の外側線と中性線の
   間の電圧に比例する電圧および他方の外側線と中性線の
   間の電圧に比例する電圧の半波が交互に出力される電圧
   を用いて，この電圧を中性線欠相が発生していない場合
   における前記電圧の波高値よりもやや低い値を持つ基準
   電圧値と比較して，基準電圧値を越えた部分に比例した
   電圧を出力するものであり、パルス発生回路部は、電圧
   比較回路部が出力する電圧を入力する毎に一定導通幅を
   有するパルス信号を出力するものであり、 欠相判別手段は、欠相検知手段の出力するパルス信号の
   パルス周期が，単相３線方式の交流電路から供給される
   交流電圧の周波数に従う周期にほぼ等しい場合と，前記
   の交流電圧の周波数に従う周期のほぼ１／２である場合
   とにより，そのレベルが異なる２値の電圧信号を出力す
   るものである、ことを特徴とする中性線欠相検知回路装
   置。
2. 【請求項２】一対の外側線と中性線とを有する単相３線
   方式の交流電路に中性線欠相が発生した場合に，これを
   検知して信号を出力する装置であって、欠相検知手段
   と、欠相判別手段とを備え、欠相検知手段は，単相３線
   方式交流電路の電圧を入力して中性線欠相の有無に対応
   する信号を欠相判別手段に向けて出力するものであり、
   欠相判別手段は，欠相検知手段の出力する信号を入力
   し，中性線欠相の有無に対応した２値の電圧信号を出力
   するものである、中性線欠相検知回路装置において、 欠相検知手段は、位相回路部と、差動増幅回路部とを備
   え、位相回路部は、単相３線方式の交流電路の一方の外
   側線の電圧を入力して，その位相を反転させた電圧を出
   力するものであり、差動増幅回路部は、位相回路部の出
   力する電圧を第一の入力端子に入力し，単相３線方式の
   交流電路の中性線の電圧を第二の入力端子に入力し，単
   相３線方式の交流電路の他方の外側線の電圧を第三の入
   力端子に入力し，第二の入力端子と第一の入力端子との
   間の電圧と，第二の入力端子と第三の入力端子との間の
   電圧との差電圧の絶対値に比例する電圧を出力するもの
   であり、 欠相判別手段は、基準電圧発生回路部と、電圧比較回路
   部とを備え、基準電圧発生回路部は、比較の基準となる
   基準電圧を発生して出力するものであり、電圧比較回路
   部は、基準電圧発生回路部からの基準電圧を一方の入力
   端子に入力し，欠相検知手段の出力する電圧を他方の入
   力端子に入力し，他方の入力端子に基準電圧を越える電
   圧が入力されている期間だけハイレベルとなり，その他
   の期間はローレベルとなる２値の電圧信号を出力するも
   のである、ことを特徴とする中性線欠相検知回路装置。